הטבע יצר אורגניזמים ותאים רבים, אך למרות זאת, המבנה ורוב הפונקציות של הממברנות הביולוגיות זהים, מה שמאפשר לנו להתחשב במבנה שלהם ולחקור את תכונות המפתח שלהם מבלי להיות קשורים לסוג מסוים של תאים.
מה זה קרום?
ממברנות הן אלמנט מגן המהווה חלק בלתי נפרד מהתא של כל אורגניזם חי.
היחידה המבנית והתפקודית של כל האורגניזמים החיים על הפלנטה היא התא. הפעילות החיונית שלו קשורה קשר בל יינתק עם הסביבה איתה הוא מחליף אנרגיה, מידע, חומר. אז, האנרגיה התזונתית הנחוצה לתפקוד התא מגיעה מבחוץ ומושקעת ביישום הפונקציות השונות שלו.
המבנה של היחידה המבנית הפשוטה ביותר של אורגניזם חי: קרום אברון, תכלילים שונים. הוא מוקף בקרום, שבתוכו נמצאים הגרעין וכל האברונים. אלה הם מיטוכונדריה, ליזוזומים, ריבוזומים, רטיקולום אנדופלזמי. לכל אלמנט מבני יש קרום משלו.
תפקיד בחיי התא
הממברנה הביולוגית ממלאת תפקיד בשיאו במבנה ובתפקוד של מערכת חיים יסודית. רק תא מוקף במעטפת מגן יכול להיקרא בצדק אורגניזם. תהליך כמו חילוף חומרים מתבצע גם עקב נוכחות של ממברנה. אם שלמותו המבנית מופרת, הדבר מוביל לשינוי במצב התפקודי של האורגניזם בכללותו.
קרום התא ותפקידיו
הוא מפריד בין הציטופלזמה של התא מהסביבה החיצונית או מהממברנה. קרום התא מבטיח ביצוע תקין של פונקציות ספציפיות, הספציפיות של מגעים בין-תאיים וביטויים חיסוניים, ותומכת בהבדל הטרנסממברני בפוטנציאל החשמלי. הוא מכיל קולטנים שיכולים לקלוט אותות כימיים - הורמונים, מתווכים ורכיבים פעילים ביולוגית אחרים. קולטנים אלו מקנים לו יכולת נוספת – לשנות את הפעילות המטבולית של התא.
פונקציות ממברנה:
1. העברה פעילה של חומרים.
2. העברה פסיבית של חומרים:
2.1. דיפוזיה היא פשוטה.
2.2. הובלה דרך הנקבוביות.
2.3. הובלה המתבצעת על ידי דיפוזיה של נשא יחד עם חומר קרומי או על ידי העברת חומר לאורך השרשרת המולקולרית של נשא.
3. העברת לא אלקטרוליטים עקב דיפוזיה פשוטה ומקלה.
מבנה קרום התא
המרכיבים של קרום התא הם שומנים וחלבונים.
ליפידים: פוספוליפידים, פוספטידילאתנולמין, ספינגומילין, פוספטידילינוזיטול ופוספטידילסרין, גליקוליפידים. שיעור השומנים הוא 40-90%.
חלבונים: פריפריאלי, אינטגרלי (גליקופרוטאינים), ספקטרין, אקטין, ציטושלד.
היסוד המבני העיקרי הוא שכבה כפולה של מולקולות פוספוליפידים.
קרום הגג: הגדרה וטיפולוגיה
קצת סטטיסטיקות. על שטח הפדרציה הרוסית, הממברנה שימשה כחומר קירוי לא כל כך מזמן. חלקם של גגות ממברנה ממספרם הכולל של לוחות גגות רכים הוא 1.5% בלבד. גגות ביטומניות ומסטיק הפכו נפוצים יותר ברוסיה. אבל במערב אירופה, גגות ממברנה מהווים 87%. ההבדל מורגש.
ככלל, הממברנה כחומר העיקרי בחפיפת הגג היא אידיאלית עבור גגות שטוחים. לבעלי הטיה גדולה, זה פחות מתאים.
להיקפי הייצור והמכירה של גגות ממברנה בשוק המקומי יש מגמת צמיחה חיובית. למה? הסיבות יותר ברורות:
- חיי השירות הם כ-60 שנה. תארו לעצמכם, רק תקופת האחריות לשימוש, אשר נקבעת על ידי היצרן, מגיעה ל-20 שנה.
- קלות התקנה. לשם השוואה: התקנת גג ביטומני לוקחת פי 1.5 יותר זמן מהתקנת רצפת ממברנה.
- קלות של עבודות תחזוקה ותיקון.
עובי ממברנות קירוי יכול להיות 0.8-2 מ"מ, והמשקל הממוצע של מטר מרובע אחד הוא 1.3 ק"ג.
מאפיינים של ממברנות קירוי:
- גְמִישׁוּת;
- כוח;
- התנגדות לקרניים אולטרה סגולות ומדיה תוקפנית אחרת;
- התנגדות לכפור;
- חסינות לאש.
ישנם שלושה סוגים של ממברנת קירוי. תכונת הסיווג העיקרית היא סוג החומר הפולימרי המרכיב את בסיס הקנבס. אז, ממברנות קירוי הן:
- השייכים לקבוצת EPDM, מיוצרים על בסיס מונומר אתילן-פרופילן-דיאן מפולימר, במילים אחרות, יתרונות: חוזק גבוה, גמישות, עמידות למים, ידידותיות לסביבה, עלות נמוכה. חסרונות: טכנולוגיית דבק לחיבור קנבסים באמצעות סרט מיוחד, חיבורים בחוזק נמוך. היקף היישום: משמש כחומר איטום לתקרות מנהרות, מקורות מים, מאגרי פסולת, מאגרים מלאכותיים וטבעיים וכו'.
- ממברנות PVC. אלו הן קונכיות, בייצורן משמש פוליוויניל כלוריד כחומר העיקרי. יתרונות: עמידות בפני UV, עמידות בפני אש, מגוון צבעים נרחב של יריעות ממברנות. חסרונות: עמידות נמוכה לחומרים ביטומניים, שמנים, ממיסים; פולט חומרים מזיקים לאטמוספירה; צבע הקנבס דוהה עם הזמן.
- TPO. עשוי מאלפינים תרמופלסטיים. ניתן לחזק אותם ולא לחזק אותם. הראשונים מצוידים ברשת פוליאסטר או בד פיברגלס. יתרונות: ידידותיות לסביבה, עמידות, גמישות גבוהה, עמידות לטמפרטורה (הן בטמפרטורות גבוהות ונמוכות), חיבורים מרותכים של תפרי הקנבסים. חסרונות: קטגוריית מחיר גבוה, חוסר יצרנים בשוק המקומי.
קרום פרופיל: מאפיינים, פונקציות ויתרונות
ממברנות פרופילים הן חידוש בשוק הבנייה. ממברנה כזו משמשת כחומר איטום.
החומר המשמש בייצור הוא פוליאתילן. האחרון הוא משני סוגים: פוליאתילן בלחץ גבוה (LDPE) ופוליאתילן בלחץ נמוך (HDPE).
אינדקס | ||
חוזק מתיחה (MPa) | ||
התארכות מתיחה (%) | ||
צפיפות (ק"ג/מ"ק) | ||
חוזק לחיצה (MPa) | ||
חוזק פגיעה (מחורץ) (KJ/sqm) | ||
מודול כיפוף (MPa) | ||
קשיות (MPa) | ||
טמפרטורת פעולה (˚С) | -60 עד +80 | -60 עד +80 |
קצב ספיגת מים יומי (%) |
לממברנה הצדודית העשויה מפוליאתילן בלחץ גבוה יש משטח מיוחד - פצעונים חלולים. הגובה של תצורות אלה יכול להשתנות בין 7 ל-20 מ"מ. המשטח הפנימי של הממברנה חלק. זה מאפשר כיפוף ללא בעיות של חומרי בניין.
שינוי בצורת חלקים בודדים של הממברנה אינו נכלל, מכיוון שהלחץ מתחלק באופן שווה על כל שטחו בשל נוכחותם של כל אותן בליטות. גיאוממברנה יכולה לשמש כבידוד אוורור. במקרה זה, חילופי חום חופשיים בתוך הבניין מובטחים.
היתרונות של ממברנות צדודיות:
- כוח מוגבר;
- עמיד לחום;
- יציבות של השפעה כימית וביולוגית;
- חיי שירות ארוכים (יותר מ-50 שנה);
- קלות התקנה ותחזוקה;
- עלות משתלמת.
ממברנות עם פרופיל הן משלושה סוגים:
- עם שכבה אחת;
- עם קנבס דו שכבתי = גיאוטקסטיל + קרום ניקוז;
- עם קנבס תלת שכבתי = משטח חלקלק + גיאוטקסטיל + קרום ניקוז.
קרום צדודית חד-שכבתי משמש להגנה על האיטום העיקרי, התקנה ופירוק של הכנת בטון של קירות עם לחות גבוהה. מגן דו-שכבתי משמש במהלך הציוד.מגן תלת-שכבתי משמש על אדמה המתאימה את עצמה להתניידות כפור ואדמה עמוקה.
תחומי שימוש לממברנות ניקוז
הממברנה הצדודית מוצאת את יישומו בתחומים הבאים:
- איטום יסוד בסיסי. מספק הגנה אמינה מפני ההשפעה ההרסנית של מי תהום, מערכות שורש צמחים, שקיעת קרקע ונזק מכני.
- ניקוז קיר יסוד. מנטרל את ההשפעה של מי תהום, משקעים על ידי העברתם למערכות ניקוז.
- סוג אופקי - הגנה מפני דפורמציה עקב מאפיינים מבניים.
- אנלוגי להכנת בטון. הוא משמש במקרה של עבודות בנייה על בניית מבנים באזור מי תהום נמוכים, במקרים בהם נעשה שימוש באיטום אופקי להגנה מפני לחות נימית. כמו כן, הפונקציות של הממברנה הצדודית כוללות את אטימות המלט של מלט לתוך האדמה.
- אוורור משטחי קירות עם רמת לחות גבוהה. ניתן להתקין אותו הן בחלק הפנימי והן בחלקו החיצוני של החדר. במקרה הראשון, זרימת האוויר מופעלת, ובמקרה השני, לחות וטמפרטורה אופטימליים מובטחים.
- גג הפוך משומש.
קרום דיפוזיה סופר
קרום הדיפוזיה העל הוא חומר מדור חדש, שמטרתו העיקרית היא להגן על מרכיבי מבנה הגג מפני תופעות רוח, משקעים וקיטור.
ייצור חומר מגן מבוסס על שימוש בלא ארוגים, סיבים צפופים באיכות גבוהה. בשוק המקומי, קרום תלת-שכבתי וארבע-שכבתי הוא פופולרי. ביקורות של מומחים וצרכנים מאשרות שככל שככל שיותר שכבות עומדות בבסיס העיצוב, כך תפקודי ההגנה שלו חזקים יותר, ולכן יעילות האנרגיה של החדר בכללותו גבוהה יותר.
בהתאם לסוג הגג, תכונות העיצוב שלו, תנאי האקלים, היצרנים ממליצים לתת עדיפות לסוג כזה או אחר של ממברנות דיפוזיה. אז, הם קיימים עבור גגות משופעים של מבנים מורכבים ופשוטים, עבור גגות משופעים עם שיפוע מינימלי, עבור גגות מקופלים וכו'.
קרום הדיפוזיה מונח ישירות על שכבת בידוד החום, ריצוף מהלוחות. אין צורך במרווח אוורור. החומר מהודק עם סוגריים מיוחדים או מסמרי פלדה. קצוות יריעות הדיפוזיה מחוברות. ניתן לבצע עבודה גם בתנאים קיצוניים: במשבי רוח עזים וכו'.
בנוסף, הציפוי המדובר יכול לשמש כחיפוי גג זמני.
ממברנות PVC: מהות ומטרה
ממברנות PVC הן חומר קירוי עשוי פוליוויניל כלוריד ובעל תכונות אלסטיות. חומר קירוי מודרני כזה החליף לחלוטין אנלוגים גלילים ביטומניים, שיש להם חיסרון משמעותי - הצורך בתחזוקה ותיקון שיטתיים. כיום, התכונות האופייניות של ממברנות PVC מאפשרות להשתמש בהן בעת ביצוע עבודות תיקון על גגות שטוחים ישנים. הם משמשים גם בעת התקנת גגות חדשים.
גג עשוי מחומר כזה קל לשימוש, והתקנתו אפשרית על כל סוג משטח, בכל עת של השנה ובכל תנאי מזג אוויר. לממברנת PVC יש את התכונות הבאות:
- כוח;
- יציבות בעת חשיפה לקרני UV, סוגים שונים של משקעים, עומסי נקודה ומשטח.
הודות לתכונותיו הייחודיות, ממברנות PVC ישרתו אתכם נאמנה במשך שנים רבות. תקופת השימוש בגג כזה שווה לתקופת הפעילות של המבנה עצמו, בעוד שחומרי קירוי מגולגלים זקוקים לתיקונים שוטפים, ובמקרים מסוימים אף לפירוק והתקנת רצפה חדשה.
בינם לבין עצמם, יריעות ממברנות PVC מחוברות בריתוך בנשימה חמה, שהטמפרטורה שלה היא בטווח של 400-600 מעלות צלזיוס. חיבור זה אטום לחלוטין.
היתרונות של ממברנות PVC
היתרונות שלהם ברורים:
- הגמישות של מערכת הקירוי, המתאימה ביותר לפרויקט הבנייה;
- תפר חיבור עמיד ואטום בין יריעות הממברנה;
- סובלנות אידיאלית לשינויי אקלים, תנאי מזג אוויר, טמפרטורה, לחות;
- חדירות אדים מוגברת, התורמת לאידוי הלחות המצטברת בחלל מתחת לגג;
- אפשרויות צבע רבות;
- תכונות כיבוי אש;
- היכולת לשמור על המאפיינים והמראה המקוריים לתקופה ארוכה;
- קרום PVC הוא חומר ידידותי לסביבה לחלוטין, אשר מאושר על ידי התעודות הרלוונטיות;
- תהליך ההתקנה ממוכן, כך שזה לא ייקח הרבה זמן;
- כללי ההפעלה מאפשרים התקנה של תוספות אדריכליות שונות ישירות על גבי גג ממברנת PVC עצמו;
- סטיילינג בשכבה אחת יחסוך לך כסף;
- קלות תחזוקה ותיקון.
בד ממברנה
בד ממברנה מוכר לתעשיית הטקסטיל מזה זמן רב. נעליים ובגדים עשויים מחומר זה: למבוגרים ולילדים. ממברנה - הבסיס של בד הממברנה, המוצג בצורה של סרט פולימר דק ובעל מאפיינים כמו עמידות למים וחדירות אדים. לייצור חומר זה, סרט זה מכוסה בשכבות הגנה חיצוניות ופנימיות. המבנה שלהם נקבע על ידי הממברנה עצמה. זה נעשה על מנת לשמר את כל המאפיינים השימושיים גם במקרה של נזק. במילים אחרות, בגדי קרום אינם נרטבים כאשר הם נחשפים למשקעים בצורת שלג או גשם, אך יחד עם זאת הוא מעביר בצורה מושלמת קיטור מהגוף אל הסביבה החיצונית. תפוקה זו מאפשרת לעור לנשום.
בהתחשב בכל האמור לעיל, אנו יכולים להסיק כי בגדי חורף אידיאליים עשויים מבד כזה. הממברנה, שנמצאת בבסיס הבד, יכולה להיות:
- עם נקבוביות;
- ללא נקבוביות;
- מְשׁוּלָב.
טפלון כלול בהרכב של ממברנות עם מיקרו-נקבים רבים. הממדים של נקבוביות כאלה אפילו לא מגיעים לממדים של טיפת מים, אלא הם גדולים יותר ממולקולת מים, מה שמעיד על עמידות למים ויכולת סילוק זיעה.
ממברנות שאין להן נקבוביות עשויות בדרך כלל מפוליאוריתן. השכבה הפנימית שלהם מרכזת את כל הפרשות שומן הזיעה של גוף האדם ודוחפת אותן החוצה.
המבנה של הממברנה המשולבת מרמז על נוכחות של שתי שכבות: נקבוביות וחלקות. בד זה בעל מאפיינים איכותיים והוא יחזיק מעמד לאורך שנים רבות.
הודות ליתרונות אלו, בגדים ונעליים העשויים מבדי ממברנה ומעוצבים ללבישה בעונת החורף הם עמידים, אך קלים, ומגנים בצורה מושלמת מפני כפור, לחות ואבק. הם פשוט הכרחיים עבור סוגים פעילים רבים של בילוי חורף, טיפוס הרים.
היחידה המבנית הבסיסית של אורגניזם חי היא תא, שהוא קטע מובחן של הציטופלזמה המוקף בקרום תא. לאור העובדה שהתא מבצע פונקציות חשובות רבות, כמו רבייה, תזונה, תנועה, על הקליפה להיות פלסטית וצפופה.
היסטוריה של גילוי ומחקר של קרום התא
ב-1925 ערכו גרנדל וגורדר ניסוי מוצלח לזהות את ה"צללים" של אריתרוציטים, או קליפות ריקות. למרות כמה טעויות גסות שנעשו, מדענים גילו את דו-שכבת השומנים. עבודתם המשיכה על ידי דניאלי, דוסון ב-1935, רוברטסון ב-1960. כתוצאה משנים רבות של עבודה והצטברות ויכוחים, ב-1972 יצרו סינגר וניקולסון מודל פסיפס נוזלי של מבנה הממברנה. ניסויים ומחקרים נוספים אישרו את עבודותיהם של מדענים.
מַשְׁמָעוּת
מהי קרום התא? מילה זו החלה לשמש לפני יותר ממאה שנים, בתרגום מלטינית זה אומר "סרט", "עור". אז קבעו את הגבול של התא, שהוא מחסום טבעי בין התוכן הפנימי לסביבה החיצונית. מבנה קרום התא מעיד על חדירות למחצה, שבגללה לחות וחומרי הזנה ומוצרי ריקבון יכולים לעבור דרכו בחופשיות. קליפה זו יכולה להיקרא המרכיב המבני העיקרי של ארגון התא.
שקול את הפונקציות העיקריות של קרום התא
1. מפריד בין התוכן הפנימי של התא לבין מרכיבי הסביבה החיצונית.
2. עוזר לשמור על הרכב כימי קבוע של התא.
3. מסדיר את חילוף החומרים הנכון.
4. מספק חיבור בין תאים.
5. מזהה אותות.
6. פונקציית הגנה.
"מעטפת פלזמה"
קרום התא החיצוני, הנקרא גם קרום הפלזמה, הוא סרט אולטרה-מיקרוסקופי שעוביו חמישה עד שבעה ננומטר. הוא מורכב בעיקר מתרכובות חלבון, פוספוליד, מים. הסרט הוא אלסטי, סופג מים בקלות, וגם משחזר במהירות את שלמותו לאחר נזק.
שונה במבנה אוניברסלי. קרום זה תופס עמדת גבול, משתתף בתהליך של חדירות סלקטיבית, הפרשת מוצרי ריקבון, מסנתז אותם. הקשר עם "השכנים" וההגנה האמינה על התכולה הפנימית מפני נזקים הופכים אותו למרכיב חשוב בעניין כמו מבנה התא. קרום התא של אורגניזמים של בעלי חיים מתברר לפעמים כמכוסה בשכבה הדקה ביותר - גליקוקליקס, הכוללת חלבונים ופוליסכרידים. תאי צמחים מחוץ לממברנה מוגנים על ידי דופן תא המשמשת כתמיכה ושומרת על הצורה. המרכיב העיקרי בהרכבו הוא סיבים (צלולוזה) - פוליסכריד שאינו מסיס במים.
לפיכך, קרום התא החיצוני מבצע את הפונקציה של תיקון, הגנה ואינטראקציה עם תאים אחרים.
מבנה קרום התא
עובי הקליפה הניידת הזו משתנה בין שישה לעשרה ננומטר. לממברנת התא של התא יש הרכב מיוחד, שבסיסו הוא דו-שכבת השומנים. הזנבות ההידרופוביים, שאינם רצופים למים, ממוקמים מבפנים, בעוד שהראשים ההידרופיליים, המקיימים אינטראקציה עם מים, מופנים כלפי חוץ. כל שומן הוא פוספוליפיד, שהוא תוצאה של אינטראקציה של חומרים כמו גליצרול וספינגוזין. פיגום השומנים מוקף היטב בחלבונים, הממוקמים בשכבה לא רציפה. חלקם שקועים בשכבת השומנים, השאר עוברים דרכה. כתוצאה מכך נוצרים אזורים חדירים למים. התפקודים שמבצעים חלבונים אלה שונים. חלקם אנזימים, השאר חלבוני הובלה הנושאים חומרים שונים מהסביבה החיצונית לציטופלזמה ולהיפך.
קרום התא מחלחל דרך חלבונים אינטגרליים ומחובר בהם קשר הדוק, בעוד שהקשר עם אלו היקפי פחות חזק. חלבונים אלו ממלאים תפקיד חשוב, שהוא לשמור על מבנה הממברנה, לקבל ולהמיר אותות מהסביבה, להעביר חומרים ולזרז תגובות המתרחשות על גבי הממברנות.
מתחם
הבסיס של קרום התא הוא שכבה דו-מולקולרית. בשל המשכיותו, לתא יש תכונות מחסום ומכאניות. בשלבים שונים של החיים, דו-שכבה זו עלולה להיות מופרעת. כתוצאה מכך, נוצרים פגמים מבניים של דרך נקבוביות הידרופיליות. במקרה זה, לחלוטין כל הפונקציות של רכיב כזה כמו קרום תא יכולים להשתנות. במקרה זה, הגרעין עלול לסבול מהשפעות חיצוניות.
נכסים
לממברנת התא של תא יש תכונות מעניינות. בשל נזילותה, קליפה זו אינה מבנה נוקשה, וחלק הארי של החלבונים והשומנים המרכיבים את הרכבה נעים בחופשיות במישור הממברנה.
באופן כללי, קרום התא הוא א-סימטרי, ולכן הרכב שכבות החלבון והשומנים שונה. לממברנות הפלזמה בתאי בעלי חיים יש שכבת גליקופרוטאין בצד החיצוני, המבצעת פונקציות קולטן ואותות, וגם ממלאת תפקיד חשוב בתהליך שילוב התאים לרקמה. קרום התא הוא קוטבי, כלומר המטען מבחוץ חיובי, ובפנים הוא שלילי. בנוסף לכל האמור לעיל, לממברנת התא יש תובנה סלקטיבית.
משמעות הדבר היא שבנוסף למים, רק קבוצה מסוימת של מולקולות ויונים של חומרים מומסים מותרת להיכנס לתא. הריכוז של חומר כמו נתרן ברוב התאים נמוך בהרבה מאשר בסביבה החיצונית. עבור יוני אשלגן, יחס שונה אופייני: מספרם בתא גבוה בהרבה מאשר בסביבה. בהקשר זה, יוני נתרן נוטים לחדור לממברנת התא, ויוני אשלגן נוטים להשתחרר החוצה. בנסיבות אלה, הממברנה מפעילה מערכת מיוחדת המבצעת תפקיד "שאיבה", מיישרת את ריכוז החומרים: יוני נתרן נשאבים אל פני התא, ויוני אשלגן נשאבים פנימה. תכונה זו כלולה בתפקודים החשובים ביותר של קרום התא.
נטייה זו של יוני נתרן ואשלגן לנוע פנימה מפני השטח משחקת תפקיד גדול בהובלת סוכר וחומצות אמינו לתוך התא. בתהליך של סילוק פעיל של יוני נתרן מהתא, הממברנה יוצרת תנאים לזרימה חדשה של גלוקוז וחומצות אמינו פנימה. להיפך, בתהליך העברת יוני אשלגן לתא, מתחדש מספר ה"טרנספורטרים" של תוצרי ריקבון מתוך התא אל הסביבה החיצונית.
כיצד ניזון התא דרך קרום התא?
תאים רבים קולטים חומרים באמצעות תהליכים כגון פגוציטוזיס ופינוציטוזיס. בגרסה הראשונה, שקע קטן נוצר על ידי קרום חיצוני גמיש, שבו נמצא החלקיק הנלכד. ואז קוטר השקע הופך גדול יותר עד שהחלקיק המוקף נכנס לציטופלזמה של התא. באמצעות phagocytosis, חלק מהפרוטוזואה, כמו אמבה, וכן תאי דם - לויקוציטים ופאגוציטים, מוזנים. באופן דומה, תאים סופגים נוזל המכיל את אבות המזון הדרושים. תופעה זו נקראת פינוציטוזיס.
הממברנה החיצונית קשורה קשר הדוק לרטיקולום האנדופלזמי של התא.
בסוגים רבים של רכיבי רקמה בסיסיים, בליטות, קפלים ומיקרוווילים ממוקמים על פני הממברנה. תאי צמחים בצד החיצוני של קליפה זו מכוסים באחד אחר, עבה ונראה בבירור תחת מיקרוסקופ. הסיבים מהם עשויים מסייעים ביצירת התמיכה לרקמות הצמח כגון עץ. לתאי בעלי חיים יש גם מספר מבנים חיצוניים היושבים על גבי קרום התא. הם מגנים באופן בלעדי בטבעם, דוגמה לכך היא הכיטין הכלול בתאי המוח של חרקים.
בנוסף לממברנת התא, קיימת ממברנה תוך תאית. תפקידו לחלק את התא למספר תאים סגורים מיוחדים - תאים או אברונים, שבהם יש לשמור על סביבה מסוימת.
לפיכך, אי אפשר להעריך יתר על המידה את התפקיד של מרכיב כזה של היחידה הבסיסית של אורגניזם חי כמו קרום התא. המבנה והתפקודים מרמזים על הרחבה משמעותית של שטח הפנים הכולל של התא, שיפור של תהליכים מטבוליים. מבנה מולקולרי זה מורכב מחלבונים ושומנים. הפרדת התא מהסביבה החיצונית, הממברנה מבטיחה את שלמותו. בעזרתו, קשרים בין-תאיים נשמרים ברמה חזקה מספיק, ויוצרים רקמות. בהקשר זה, אנו יכולים להסיק שאחד התפקידים החשובים ביותר בתא ממלא את קרום התא. המבנה והתפקודים המבוצעים על ידו שונים בתכלית בתאים שונים, בהתאם למטרתם. באמצעות תכונות אלו מושגת פעילות פיזיולוגית מגוונת של קרומי התא ותפקידיהם בקיומם של תאים ורקמות.
ממברנות ביולוגיות.
המונח "ממברנה" (ממברנה בלטינית - עור, סרט) החל לשמש לפני יותר מ-100 שנה להתייחס לגבול התא, שמצד אחד משמש מחסום בין תוכן התא לסביבה החיצונית. , ומצד שני, כמחיצה חצי חדירה שדרכה יכולים לעבור מים וכמה חומרים. עם זאת, הפונקציות של הממברנה לא מוצו,שכן ממברנות ביולוגיות מהוות את הבסיס לארגון המבני של התא.
מבנה הממברנה. לפי מודל זה, הממברנה הראשית היא דו-שכבה שומנית, שבה הזנב ההידרופובי של המולקולות מופנה פנימה והראשים ההידרופיליים מופנים כלפי חוץ. ליפידים מיוצגים על ידי פוספוליפידים - נגזרות של גליצרול או ספינגוזין. חלבונים מחוברים לשכבת השומנים. חלבונים אינטגרליים (טרנסממברניים) חודרים דרך הממברנה וקשורים אליו היטב; היקפי אינם חודרים וקשורים לממברנה בצורה פחות איתנה. תפקידי חלבוני הממברנה: שמירה על מבנה הממברנות, קליטה והמרת אותות מהסביבה. סביבה, הובלה של חומרים מסוימים, קטליזה של תגובות המתרחשות על ממברנות. עובי הממברנה הוא בין 6 ל 10 ננומטר.
מאפייני ממברנה:
1. נזילות. הממברנה אינה מבנה נוקשה; רוב החלבונים והשומנים שלו יכולים לנוע במישור הממברנות.
2. אסימטריה. הרכב השכבות החיצוניות והפנימיות של חלבונים וגם של שומנים שונה. בנוסף, לממברנות הפלזמה של תאי בעלי חיים יש שכבה של גליקופרוטאין מבחוץ (glycocalyx, המבצע פונקציות אות וקולטן, וחשוב גם לאיחוד תאים לרקמות)
3. קוטביות. החלק החיצוני של הממברנה נושא מטען חיובי, ואילו החלק הפנימי נושא מטען שלילי.
4. חדירות סלקטיבית. ממברנות של תאים חיים מעבירות, בנוסף למים, רק מולקולות ויונים מסוימות של חומרים מומסים.(השימוש במונח "חדיר למחצה" ביחס לממברנות התא אינו נכון לחלוטין, שכן מושג זה מרמז שהממברנה עוברת רק ממס מולקולות, תוך שמירה על כל המולקולות והיונים המומסים.)
קרום התא החיצוני (plasmalemma) הוא סרט אולטרה-מיקרוסקופי בעובי 7.5 ננומטר, המורכב מחלבונים, פוספוליפידים ומים. סרט אלסטי, נרטב היטב במים ומשחזר במהירות שלמות לאחר נזק. יש לו מבנה אוניברסלי, אלה האופייניים לכל הממברנות הביולוגיות. מיקום הגבול של ממברנה זו, השתתפותו בתהליכי חדירות סלקטיבית, פינוציטוזיס, פגוציטוזיס, הפרשת תוצרי הפרשה וסינתזה, בשילוב עם תאים שכנים והגנה על התא מפני נזק, הופכים את תפקידו לחשוב ביותר. תאי בעלי חיים מחוץ לממברנה מכוסים לעיתים בשכבה דקה המורכבת מפוליסכרידים וחלבונים - הגליקוקאליקס. לתאי צמחים מחוץ לממברנת התא יש דופן תא חזק היוצר תמיכה חיצונית ושומר על צורת התא. הוא מורכב מסיבים (צלולוזה), פוליסכריד בלתי מסיס במים.
חקר המבנה של אורגניזמים, כמו גם צמחים, בעלי חיים ובני אדם, הוא ענף הביולוגיה הנקרא ציטולוגיה. מדענים גילו שתכולת התא, שנמצא בתוכו, מורכבת למדי. הוא מוקף במה שנקרא מנגנון פני השטח, הכולל את קרום התא החיצוני, מבנים על-ממברניים: גליקוקליקס ומיקרופילמנטים, כדוריות ומיקרו-צינוריות היוצרות קומפלקס תת-ממברני שלו.
במאמר זה נלמד את המבנה והתפקודים של קרום התא החיצוני, המהווה חלק ממנגנון פני השטח של סוגים שונים של תאים.
מהם התפקידים של קרום התא החיצוני?
כפי שתואר קודם לכן, הממברנה החיצונית היא חלק ממנגנון פני השטח של כל תא, אשר מפריד בהצלחה את התוכן הפנימי שלו ומגן על אברוני התא מתנאי סביבה שליליים. תפקיד נוסף הוא להבטיח חילופי חומרים בין תכולת התא לנוזל הרקמה, לכן, קרום התא החיצוני מעביר מולקולות ויונים הנכנסים לציטופלזמה, וכן מסייע בסילוק רעלים ועודפי חומרים רעילים מהתא.
מבנה קרום התא
ממברנות, או פלזמהלמות, של סוגים שונים של תאים שונים מאוד זה מזה. בעיקר, המבנה הכימי, כמו גם התכולה היחסית של שומנים, גליקופרוטאין, חלבונים בהם ובהתאם, אופי הקולטנים שבהם. חיצוני אשר נקבע בעיקר על ידי ההרכב האינדיבידואלי של גליקופרוטאין, לוקח חלק בהכרה של גירויים סביבתיים ובתגובות של התא עצמו לפעולותיהם. סוגים מסוימים של וירוסים יכולים ליצור אינטראקציה עם חלבונים וגליקוליפידים של ממברנות התא, וכתוצאה מכך הם חודרים לתא. נגיפי הרפס ושפעת יכולים להשתמש כדי לבנות את מעטפת ההגנה שלהם.
ונגיפים וחיידקים, מה שנקרא בקטריופאג'ים, נצמדים לממברנת התא וממיסים אותו בנקודת המגע בעזרת אנזים מיוחד. ואז מולקולה של DNA ויראלי עוברת לתוך החור שנוצר.
תכונות של מבנה קרום הפלזמה של אוקריוטים
נזכיר כי קרום התא החיצוני מבצע את תפקיד ההובלה, כלומר העברת חומרים לתוכו וממנו אל הסביבה החיצונית. כדי לבצע תהליך כזה, נדרש מבנה מיוחד. אכן, הפלזמלמה היא מערכת קבועה ואוניברסלית של מנגנון פני השטח לכולם. זהו סרט רב שכבתי דק (2-10 ננומטר), אך צפוף למדי, המכסה את כל התא. המבנה שלו נחקר ב-1972 על ידי מדענים כמו D. Singer ו-G. Nicholson, הם גם יצרו מודל פסיפס נוזלי של קרום התא.
התרכובות הכימיות העיקריות היוצרות אותו הן מולקולות מסודרות של חלבונים ופוספוליפידים מסוימים, המשובצות בסביבה שומנית נוזלית ומזכירות פסיפס. לפיכך, קרום התא מורכב משתי שכבות של שומנים, ש"הזנבות" ההידרופוביים הלא-קוטביים שלהן נמצאים בתוך הממברנה, והראשים ההידרופיליים הקוטביים פונים אל הציטופלזמה של התא והנוזל הבין-סטיציאלי.
לשכבת הליפידים חודרות מולקולות חלבון גדולות היוצרות נקבוביות הידרופיליות. דרכם מועברות תמיסות מימיות של גלוקוז ומלחי מינרלים. כמה מולקולות חלבון ממוקמות הן על המשטחים החיצוניים והן הפנימיים של הפלזמה. לפיכך, על קרום התא החיצוני בתאים של כל האורגניזמים עם גרעינים, יש מולקולות פחמימות הקשורות בקשרים קוולנטיים עם גליקוליפידים וגליקופרוטאינים. תכולת הפחמימות בממברנות התא נעה בין 2 ל-10%.
מבנה הפלזמה של אורגניזמים פרוקריוטיים
קרום התא החיצוני בפרוקריוטים מבצע פונקציות דומות לממברנות הפלזמה של תאים של אורגניזמים גרעיניים, דהיינו: תפיסה והעברת מידע המגיע מהסביבה החיצונית, הובלת יונים ותמיסות אל תוך התא וממנו, והגנה על הציטופלזמה מגיבים זרים מבחוץ. זה יכול ליצור מזוזומים - מבנים המתעוררים כאשר הפלזמלמה בולטת לתוך התא. הם עשויים להכיל אנזימים המעורבים בתגובות מטבוליות של פרוקריוטים, למשל, בשכפול DNA, סינתזת חלבון.
מזוזומים מכילים גם אנזימי חיזור, בעוד שפוטוסינתזה מכילה בקטריוכלורופיל (בחיידקים) ופיקובילין (בציאנובקטריה).
תפקידם של ממברנות חיצוניות במגעים בין-תאיים
נמשיך לענות על השאלה אילו תפקידים ממלאת קרום התא החיצוני, נתעכב על תפקידו בתאי הצמח, בתאי הצמח נוצרות נקבוביות בדפנות קרום התא החיצוני, העוברות אל שכבת התאית. דרכם מתאפשרת יציאת הציטופלזמה של התא החוצה; תעלות דקות כאלה נקראות פלסמודסמטה.
הודות להם, הקשר בין תאי צמחים שכנים הוא חזק מאוד. בתאי אדם ובעלי חיים, אתרי המגע בין קרומי התאים הסמוכים נקראים דסמוזומים. הם אופייניים לתאי אנדותל ואפיתל, ונמצאים גם בקרדיומיוציטים.
תצורות עזר של הפלזמה
כדי להבין כיצד תאים צמחיים שונים מבעלי חיים, זה עוזר לחקור את המאפיינים המבניים של ממברנות הפלזמה שלהם, התלויות באילו פונקציות מבצעת קרום התא החיצוני. מעליו בתאי בעלי חיים שכבה של גליקוקליקס. הוא נוצר על ידי מולקולות פוליסכרידים הקשורות לחלבונים ולשומנים של קרום התא החיצוני. הודות ל-glycocalyx, הידבקות (הידבקות) מתרחשת בין תאים, המובילה להיווצרות רקמות, ולכן היא לוקחת חלק בפונקציית האיתות של הפלזמה - זיהוי גירויים סביבתיים.
איך ההובלה הפסיבית של חומרים מסוימים על פני ממברנות התא
כפי שהוזכר קודם לכן, קרום התא החיצוני מעורב בתהליך הובלת חומרים בין התא לסביבה החיצונית. ישנם שני סוגים של הובלה דרך הפלזמלמה: פסיבי (דיפוזיה) והובלה אקטיבית. הראשון כולל דיפוזיה, דיפוזיה קלה ואוסמוזה. תנועת החומרים לאורך שיפוע הריכוז תלויה בעיקר במסה ובגודל של המולקולות העוברות דרך קרום התא. לדוגמה, מולקולות קטנות לא קוטביות מתמוססות בקלות בשכבת הליפיד האמצעית של הפלזמה, נעות דרכה ומגיעות לציטופלזמה.
מולקולות גדולות של חומרים אורגניים חודרות לתוך הציטופלזמה בעזרת חלבוני נשא מיוחדים. הם ספציפיים למין וכאשר הם משולבים עם חלקיק או יון, מעבירים אותם באופן פסיבי על פני הממברנה לאורך שיפוע ריכוז (הובלה פסיבית) מבלי להוציא אנרגיה. תהליך זה עומד בבסיס תכונה כזו של הפלזמה, כמו חדירות סלקטיבית. בתהליך לא נעשה שימוש באנרגיה של מולקולות ATP, והתא שומר אותה לתגובות מטבוליות אחרות.
הובלה פעילה של תרכובות כימיות על פני הפלזמה
מאחר וקרום התא החיצוני מבטיח מעבר של מולקולות ויונים מהסביבה החיצונית אל התא ובחזרה, מתאפשר להוציא את תוצרי ההתפכחות, שהם רעלים, אל החוץ, כלומר אל הנוזל הבין-תאי. מתרחש כנגד שיפוע ריכוז ודורש שימוש באנרגיה בצורה של מולקולות ATP. זה כולל גם חלבוני נשא הנקראים ATPases, שהם גם אנזימים.
דוגמה להובלה כזו היא משאבת נתרן-אשלגן (יוני נתרן עוברים מהציטופלזמה לסביבה החיצונית, ויוני אשלגן נשאבים לציטופלזמה). תאי האפיתל של המעי והכליות מסוגלים לכך. זנים של שיטת העברה זו הם תהליכי פינוציטוזיס ופגוציטוזיס. לפיכך, לאחר שלמדנו אילו פונקציות ממלאת קרום התא החיצוני, ניתן לקבוע כי פרוטיסטים הטרוטרופיים, כמו גם תאים של אורגניזמים של בעלי חיים גבוהים יותר, למשל, לויקוציטים, מסוגלים לבצע פינו ופגוציטוזיס.
תהליכים ביו-אלקטריים בממברנות התא
נקבע כי קיים הבדל פוטנציאלי בין המשטח החיצוני של הפלזמהלמה (הוא טעון חיובי) לבין השכבה הפריאטלית של הציטופלזמה, הטעונה שלילי. זה נקרא פוטנציאל המנוחה, והוא טבוע בכל התאים החיים. ולרקמת העצבים יש לא רק פוטנציאל מנוחה, אלא גם מסוגלת להוביל זרמים ביולוגיים חלשים, מה שנקרא תהליך של עירור. הממברנות החיצוניות של תאי עצב-נוירונים, המקבלים גירוי מקולטנים, מתחילים לשנות מטענים: יוני נתרן נכנסים בצורה מאסיבית לתא ומשטח הפלזמה הופך לאלקטרושלילי. והשכבה הפריאטלית של הציטופלזמה, בגלל עודף קטיונים, מקבלת מטען חיובי. זה מסביר מדוע קרום התא החיצוני של הנוירון נטען מחדש, מה שגורם להולכה של דחפים עצביים העומדים בבסיס תהליך העירור.
תָא- זה לא רק נוזל, אנזימים וחומרים אחרים, אלא גם מבנים מאורגנים מאוד הנקראים אברונים תוך-תאיים. האברונים לתא חשובים לא פחות מהמרכיבים הכימיים שלו. לכן, בהיעדר אברונים כגון מיטוכונדריה, אספקת האנרגיה המופקת מחומרי הזנה תקטן מיד ב-95%.
רוב האברונים בתא מכוסים ממברנותמורכב בעיקר משומנים וחלבונים. יש ממברנות של תאים, רטיקולום אנדופלזמי, מיטוכונדריה, ליזוזומים, מנגנון גולגי.
ליפידיםאינם מסיסים במים, ולכן הם יוצרים מחסום בתא המונע תנועה של מים וחומרים מסיסים במים מתא אחד למשנהו. מולקולות חלבון, לעומת זאת, הופכות את הממברנה לחדירת לחומרים שונים באמצעות מבנים מיוחדים הנקראים נקבוביות. חלבוני ממברנה רבים אחרים הם אנזימים המזרזים תגובות כימיות רבות, אשר יידונו בפרקים הבאים.
קרום תא (או פלזמה).הוא מבנה דק, גמיש ואלסטי בעובי של 7.5-10 ננומטר בלבד. הוא מורכב בעיקר מחלבונים ושומנים. היחס המשוער של מרכיביו הוא כדלקמן: חלבונים - 55%, פוספוליפידים - 25%, כולסטרול - 13%, שומנים אחרים - 4%, פחמימות - 3%.
שכבת שומנים של קרום התאמונע חדירת מים. הבסיס של הממברנה הוא דו-שכבה שומנית - סרט שומני דק המורכב משתי חד-שכבות ומכסה לחלוטין את התא. לאורך הממברנה יש חלבונים בצורה של כדוריות גדולות.
ייצוג סכמטי של קרום התא, המשקף את המרכיבים העיקריים שלו- דו-שכבה פוספוליפידית ומספר רב של מולקולות חלבון בולטות מעל פני הממברנה.
שרשראות פחמימות מחוברות לחלבונים על פני השטח החיצוניים
ולמולקולות חלבון נוספות בתוך התא (זה לא מוצג באיור).
דו-שכבה שומניתמורכב בעיקר ממולקולות פוספוליפידים. קצה אחד של מולקולה כזו הוא הידרופילי, כלומר. מסיס במים (עליו ממוקמת קבוצת פוספט), השני הידרופובי, כלומר. מסיס רק בשומנים (הוא מכיל חומצת שומן).
בשל העובדה כי החלק ההידרופובי של המולקולה פוספוליפידדוחה מים אך נמשך לחלקים דומים של אותן מולקולות, לפוספוליפידים יש תכונה טבעית להיצמד זה לזה בעובי הממברנה, כפי שמוצג באיור. 2-3. החלק ההידרופילי עם קבוצת פוספט יוצר שני משטחי ממברנה: החיצוני, שנמצא במגע עם הנוזל החוץ-תאי, והפנימי, שנמצא במגע עם הנוזל התוך-תאי.
שכבת שומנים בינוניתאטום ליונים ותמיסות מימיות של גלוקוז ואוריאה. חומרים מסיסים בשומן, כולל חמצן, פחמן דו חמצני, אלכוהול, להיפך, חודרים בקלות לאזור זה של הממברנה.
מולקולותכולסטרול, שהוא חלק מהממברנה, הם גם שומנים טבעיים, שכן לקבוצת הסטרואידים שלהם מסיסות גבוהה בשומנים. נראה שהמולקולות הללו מומסות בשכבת השומנים הדו-שכבתית. המטרה העיקרית שלהם היא ויסות החדירות (או האטימות) של ממברנות עבור רכיבים מסיסים במים של נוזלי גוף. בנוסף, הכולסטרול הוא הרגולטור העיקרי של צמיגות הממברנה.
חלבוני קרום התא. באיור נראים חלקיקים כדוריים בשכבת השומנים הדו-שכבתית - אלו חלבוני ממברנה, רובם גליקופרוטאין. ישנם שני סוגים של חלבוני ממברנה: (1) אינטגרלי, החודרים דרך הממברנה; (2) פריפריאלי, הבולטים רק מעל משטח אחד מבלי להגיע למשטח השני.
חלבונים אינטגרליים רביםיוצרים תעלות (או נקבוביות) שדרכן מים וחומרים מסיסים במים, במיוחד יונים, יכולים להתפזר לתוך הנוזל התוך-תאי. בשל הסלקטיביות של הערוצים, חלק מהחומרים מתפזרים טוב יותר מאחרים.
חלבונים אינטגרליים אחריםמתפקדים כחלבונים נשאים, המבצעים הובלה של חומרים שעבורם דו-שכבת השומנים אטומה. לפעמים חלבוני נשאים פועלים בכיוון המנוגד לדיפוזיה, הובלה כזו נקראת אקטיבית. חלק מהחלבונים האינטגרליים הם אנזימים.
חלבוני ממברנה אינטגרליתיכול לשמש גם כקולטנים לחומרים מסיסים במים, לרבות הורמונים פפטידים, שכן הממברנה אטומה להם. האינטראקציה של חלבון קולטן עם ליגנד מסוים מובילה לשינויים קונפורמציוניים במולקולת החלבון, אשר, בתורו, מגרה את הפעילות האנזימטית של המקטע התוך תאי של מולקולת החלבון או העברת אותות מהקולטן לתא באמצעות שליח שני. לפיכך, חלבונים אינטגרליים המובנים בממברנת התא מערבים אותו בתהליך העברת מידע על הסביבה החיצונית לתוך התא.
מולקולות של חלבוני ממברנה היקפיתקשור לעתים קרובות לחלבונים אינטגרליים. רוב החלבונים ההיקפיים הם אנזימים או ממלאים את התפקיד של שדר להובלת חומרים דרך נקבוביות הממברנה.